Todo Engenheiro Civil deve saber a resposta a esta pergunta porque é considerada a questão mais importante para o Engenheiro Civil.
Concreto protendido é uma das partes mais importantes da construção e você deve e deve ter conhecimento adequado sobre o assunto. Vamos entender isso em detalhes.
Uma estrutura de concreto protendido é diferente de uma estrutura convencional de concreto armado devido à aplicação de uma carga inicial na estrutura antes de sua utilização. A carga inicial ou pré-esforço é aplicada para permitir que a estrutura neutralize as tensões surgidas durante o período de serviço. O pré-esforço de estruturas foi introduzido no final do século XIX. O conceito de pré-esforço existia antes das aplicações no concreto.
Dois exemplos de protensão antes do desenvolvimento do concreto protendido são fornecidos
Encaixe de força de bandas de metal em barris de madeira As bandas de metal induzem um estado de compressão inicial do aro, para neutralizar a tensão do aro causada pelo enchimento de líquido nos barris
Pré-tensionando os raios em uma roda de bicicleta. A pré-tensão de um raio em uma roda de bicicleta é aplicada de tal forma que sempre haverá uma tensão residual no raio
Para o concreto, as tensões internas são induzidas (geralmente, por meio de aço tensionado) pelas seguintes razões. A resistência à tração do concreto é de apenas cerca de 8% a 14% de sua resistência à compressão. Rachaduras tendem a se desenvolver nos estágios iniciais de carregamento em membros flexurais, como vigas e lajes. Para evitar tais rachaduras, a força de compressão pode ser adequadamente aplicada na direção perpendicular. O pré-esforço aumenta as capacidades de flexão, cisalhamento e torção dos membros de flexão. Em tubulações e tanques de armazenamento de líquidos, as tensões de tração do arco podem ser efetivamente neutralizadas pelo pré-esforço circular.
O esboço a seguir explica a aplicação do pré-esforço.
Coloque e estique barras de aço macio, antes da concretagem
Figura - Prestressing de vigas de concreto por hastes de aço leve
Barras de aço suaves são esticadas e concreto é derramado ao redor deles. Após o endurecimento do concreto, a tensão nas hastes é liberada. As hastes tentarão recuperar o comprimento original, mas isso é impedido pelo concreto ao redor, ao qual o aço é colado. Assim, o concreto está agora efetivamente em um estado de pré-compressão. É capaz de neutralizar a tensão de tração, como a resultante da carga mostrada no esboço a seguir.
Mas as primeiras tentativas de protensão não foram completamente bem sucedidas. Observou-se que o efeito do pré-esforço diminuiu com o tempo. As capacidades de resistência à carga dos membros eram limitadas. Sob cargas sustentadas, os membros foram encontrados para falhar. Isso foi devido ao seguinte motivo. O concreto encolhe com o tempo. Além disso, sob carga sustentada, a tensão no concreto aumenta com o aumento do tempo. Isso é conhecido como deformação lenta. A redução no comprimento devido a fluência e retração também é aplicável ao aço incorporado, resultando em perda significativa na deformação por tração.
Formas de aço de pré-esforço
Fios-fio de pré-esforço é uma única unidade feita de aço.
Fios - Dois, três ou sete fios são enrolados para formar um fio de protensão.
Tendão - Um grupo de fios ou fios é enrolado para formar um tendão protendido.
Cabo - Um grupo de tendões forma um cabo de protensão.
Barras - Um tendão pode ser feito de uma única barra de aço. O diâmetro de uma barra é muito maior que o de um fio.
Natureza da interface concreto-aço
Tendão colado - Quando existe uma ligação adequada entre o tendão de protensão e o concreto, é chamado de tendão colado. Os tendões pré-tensionados e groutados pós-tensionados são tendões ligados.
Tendão não acoplado - Quando não há vínculo entre o tendão protendido e o concreto, é chamado de tendão não aderido. Quando o rejunte não é aplicado após o pós-tensionamento, o tendão é um tendão não aderente. Estágios de Carregamento A análise de membros protendidos pode ser diferente para os diferentes estágios de carregamento.
As etapas de carregamento são as seguintes.
1) Inicial: pode ser subdividido em duas etapas.
a) Durante o tensionamento do aço
b) Na transferência de protensão para o concreto.
2) Intermediário: inclui as cargas durante o transporte dos membros protendidos.
3) Final: Pode ser subdividido em duas etapas.
a) No serviço, durante a operação.
b) No final, durante eventos extremos
Vantagens do pré-esforço
O pré-esforço do concreto apresenta diversas vantagens em relação ao concreto armado tradicional (RC) sem pré-esforço. Um membro de concreto totalmente protendido é geralmente submetido à compressão durante a vida útil. Isso retifica várias deficiências do concreto. O texto a seguir menciona amplamente as vantagens de um membro de concreto protendido com um membro RC equivalente. Para cada efeito, os benefícios são listados.
A seção permanece não quebrada sob cargas de serviço.
Redução da corrosão do aço Aumento da durabilidade.
Uma seção completa é utilizada
Maior momento de inércia (maior rigidez)
Menos deformações (melhor capacidade de manutenção).
Aumento na capacidade de cisalhamento.
Adequado para uso em vasos de pressão, estruturas de retenção de líquido. Melhor desempenho (resiliência) sob carga dinâmica e fadiga.
Rácios elevados de amplitude para profundidade Maiores extensões possíveis com pré-esforço (pontes, edifícios com grandes espaços livres de colunas) Os valores típicos das relações de amplitude para profundidade nas lajes são apresentados abaixo.
Laje não pré-esforçada 28: 1 Laje protendida 45: 1 Para o mesmo vão, menos profundidade em relação ao membro RC.
Redução no peso próprio.
Mais apelo estético devido a seções delgadas
Seções mais econômicas.
Adequado para construção pré-fabricada
As vantagens da construção pré-moldada são as seguintes.
Construção rápida
Melhor controle de qualidade
Manutenção reduzida adequada para construção repetitiva. Uso múltiplo de cofragem.
Redução de cofragem.
Disponibilidade de formas padrão.
Pós-tensionamento
Os sistemas de pré-esforço foram desenvolvidos ao longo dos anos e várias empresas patentearam seus produtos. Informações detalhadas sobre os sistemas são fornecidas nos catálogos de produtos e folhetos publicados pelas empresas. Há diretrizes gerais de protensão na seção 12 da IS 1343: 1980. As informações fornecidas nesta seção são de natureza introdutória, com ênfase nos conceitos básicos dos sistemas. Os sistemas e dispositivos de pré-esforço são descritos para os dois tipos de pré-esforço, pré-tensionamento e pós-tensionamento, separadamente. Esta seção cobre o pós-tensionamento. Pré-tensionamento de sistemas e dispositivos, abrange pré-tensionamento. No pós-tensionamento, a tensão é aplicada aos tendões após o endurecimento do concreto. Os estágios do pós-tensionamento são descritos a seguir.
Estágios de pós-tensionamento
Nos sistemas de pós-tensionamento, os dutos para os tendões (ou cordões) são colocados junto com o reforço antes da moldagem do concreto. Os tendões são colocados nos dutos após a moldagem do concreto. O duto impede o contato entre o concreto e os tendões durante a operação de tensionamento. Ao contrário de pré-tensionamento, os tendões são puxados com a reação agindo contra o concreto endurecido.Se os dutos são preenchidos com argamassa, então é conhecido como pós-tensionamento ligado. A argamassa é uma pasta de cimento ou uma argamassa de cimento e areia que contém uma mistura adequada .
No pós-tensionamento não associado, como o nome sugere, os ductos nunca são rebocados e o tendão é mantido em tensão apenas pelas fixações finais. O esboço a seguir mostra uma representação esquemática de um membro pós-tensionado cimentado. O perfil do duto depende das condições de suporte. Para um membro simplesmente suportado, o duto tem um perfil de flacidez entre as extremidades. Para um membro contínuo, o duto afunda no vão e passa por cima do suporte.
As várias etapas da operação pós-tensionamento são resumidas a seguir.
Fundição de concreto.
Colocação dos tendões.
Colocação do bloco de ancoragem e jack.Aplicando tensão para os tendões.
Assento das cunhas.
Corte dos tendões
O concreto armado (RC) é um material compósito no qual a resistência à tração e a ductilidade relativamente baixas do concreto são neutralizadas pela inclusão de um reforço com maior resistência à tração ou ductilidade. O reforço é geralmente, embora não necessariamente, barras de reforço de aço (vergalhões) e é geralmente embutido passivamente no concreto antes dos conjuntos de concreto. Os esquemas de reforço são geralmente projetados para resistir às tensões de tração em determinadas regiões do concreto que podem causar rachaduras inaceitáveis e / ou falhas estruturais. O concreto reforçado moderno pode conter diversos materiais de reforço feitos de aço, polímeros ou material compósito alternativo em conjunto com vergalhões ou não. O concreto armado também pode ser permanentemente estressado (em tensão), de modo a melhorar o comportamento da estrutura final sob cargas de trabalho. Nos Estados Unidos, os métodos mais comuns de fazer isso são conhecidos como pré-tensionamento e pós-tensionamento.
Para uma construção forte, dúctil e durável, o reforço precisa ter pelo menos as seguintes propriedades:
Alta força relativa.
Alta tolerância de tensão de tração.
Boa ligação ao concreto, independentemente do pH, umidade e fatores similares.
Compatibilidade térmica, não causando tensões inaceitáveis em resposta a mudanças de temperatura.
Durabilidade no ambiente de concreto, independentemente da corrosão ou estresse sustentado.
Use na construção
Vergalhões do telhado da Sagrada Família em construção (2009)
· Muitos tipos diferentes de estruturas e componentes de estruturas podem ser construídos usando concreto armado, incluindo lajes, paredes, vigas, colunas, fundações, estruturas e muito mais.
O concreto armado pode ser classificado como concreto pré-moldado ou moldado no local.
Projetar e implementar o sistema de piso mais eficiente é fundamental para criar estruturas de construção ideais. Pequenas mudanças no projeto de um sistema de piso podem ter um impacto significativo nos custos de material, cronograma de construção, resistência final, custos operacionais, níveis de ocupação e uso final de um edifício.
Sem reforço, a construção de estruturas modernas com material concreto não seria possível.
Caracteristicas principais
Três características físicas conferem ao concreto armado suas propriedades especiais:
O coeficiente de expansão térmica do concreto é semelhante ao do aço, eliminando grandes tensões internas devido a diferenças na expansão ou contração térmica.
Quando a pasta de cimento dentro do concreto endurece, isso se ajusta aos detalhes da superfície do aço, permitindo que qualquer tensão seja transmitida eficientemente entre os diferentes materiais. Normalmente barras de aço são rugosas ou onduladas para melhorar ainda mais a ligação ou coesão entre o concreto e o aço.
O ambiente químico alcalino fornecido pela reserva de álcali (KOH, NaOH) e o portlandita (hidróxido de cálcio) contido na pasta de cimento endurecido faz com que um filme passivo se forme na superfície do aço, tornando-o muito mais resistente à corrosão do que seria estar em condições neutras ou ácidas. Quando a pasta de cimento é exposta ao ar e a água meteórica reage com o CO2 atmosférico, a portlandita e o silicato de cálcio hidratado (CSH) da pasta de cimento endurecida tornam-se progressivamente carbonatados e o pH diminui gradualmente de 13,5 a 12,5 para 8,5 de água em equilíbrio com calcita (carbonato de cálcio) e o aço não é mais passivado.
Como regra geral, apenas para dar uma idéia em ordens de magnitude, o aço é protegido em pH acima de 11, mas começa a corroer abaixo de 10 dependendo das características do aço e das condições físico-químicas locais quando o concreto se torna gaseificado. A carbonatação do concreto junto com a entrada de cloreto estão entre as principais razões para a falha de barras de reforço no concreto.
A área transversal relativa do aço necessária para o concreto armado típico é geralmente muito pequena e varia de 1% para a maioria das vigas e lajes a 6% para algumas colunas. Barras de reforço são normalmente redondas em seção transversal e variam em diâmetro. Estruturas de concreto armado, por vezes, têm disposições, tais como núcleos ocos ventilados para controlar sua umidade e umidade.
Distribuição das características de resistência do concreto (apesar do reforço) ao longo da seção transversal dos elementos verticais de concreto armado é inomogênea
Reforço e terminologia de vigas
Duas vigas de interseção integrantes da laje da garagem que conterão tanto o aço de reforço quanto a fiação, caixas de junção e outros componentes elétricos necessários para instalar a iluminação superior no nível da garagem abaixo dela.
Um raio se dobra sob o momento de flexão, resultando em uma pequena curvatura. Na face externa (face de tração) da curvatura, o concreto apresenta tensão de tração, enquanto na face interna (face compressiva) sofre estresse de compressão.
Um feixe único reforçado é aquele em que o elemento de concreto é apenas reforçado perto da face de tração e o reforço, chamado de aço de tensão, é projetado para resistir à tensão.
Um feixe duplamente reforçado é aquele em que, além da armadura de tração, o elemento de concreto também é reforçado perto da face compressiva para ajudar o concreto a resistir à compressão. O último reforço é chamado aço de compressão. Quando a zona de compressão de um concreto é inadequada para resistir ao momento de compressão (momento positivo), um reforço extra deve ser fornecido se o arquiteto limitar as dimensões da seção.
Uma viga sub-reforçada é aquela em que a capacidade de tensão da armadura de tração é menor do que a capacidade de compressão combinada do concreto e do aço de compressão (sub-reforçada na face de tração). Quando o elemento de concreto armado está sujeito a um momento de flexão crescente, o aço de tensão produz enquanto o concreto não atinge sua condição de falha final. À medida que a tensão de aço cede e se estende, um concreto "sub-reforçado" também produz de maneira dúctil, exibindo uma grande deformação e advertência antes de sua falha final. Neste caso, o limite de elasticidade do aço rege o projeto.
Uma viga super-reforçada é aquela em que a capacidade de tensão do aço de tensão é maior do que a capacidade de compressão combinada do concreto e do aço de compressão (sobre-reforçada na face de tração). Assim, o feixe de "concreto super-reforçado" falha por esmagamento do concreto da zona compressiva e antes da zona de tensão do aço produzir, o que não fornece nenhum aviso antes da falha, pois a falha é instantânea.
Uma viga com reforço balanceado é aquela em que tanto a zona de compressão quanto a de tração atingem a mesma carga imposta na viga, e o concreto será esmagado e o aço de tração produzirá ao mesmo tempo. Esse critério de projeto é, no entanto, tão arriscado quanto o concreto sobre-reforçado, porque a quebra é repentina, pois o concreto esmaga ao mesmo tempo os rendimentos do aço de tração, o que dá muito pouco aviso de perigo na falha de tensão.
Os elementos transportadores de momento de aço reforçado devem normalmente ser projetados para serem sub-reforçados, de modo que os usuários da estrutura recebam um aviso de colapso iminente.
A resistência característica é a resistência de um material em que menos de 5% da amostra apresenta menor resistência.
A força de projeto ou resistência nominal é a resistência de um material, incluindo um fator de segurança do material. O valor do fator de segurança geralmente varia de 0,75 a 0,85 no projeto de estresse admissível.
O estado limite último é o ponto de falha teórico com uma certa probabilidade. É indicado sob cargas fatoradas e resistências fatoradas.
